JP2714555B2

JP2714555B2 - 高強度・高導電率銅合金板材

Info

Publication number: JP2714555B2
Application number: JP4272548A
Authority: JP
Inventors: 義和坂井; 廉井上; 弘前田
Original assignee: 科学技術庁金属材料技術研究所長
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH06192801A; US5391242A

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、高強度・高導電率銅
合金板材に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、ＩＣリードフレーム材、マグネット導体材料等と
して有用な、高強度で、かつ導電率の高い銅合金板材に
関するものである。

【従来の技術とその課題】高強度・高導電率板材は、特
に電子工業においてはＩＣのリードフレーム材として、
また世界中で開発が競われている超強磁界マグネットの
導体材料等として、強くその開発が望まれている。たと
えば、現在、リードフレーム材においては、クラスＩＩ
Ｉ_HH（導電率８０％ＩＡＣＳ以上、引張強さ６５０ＭＰ
ａ以上）およびクラスＩＩＩ_H（導電率８０〜５０％Ｉ
ＡＣＳ、引張強さ６５０ＭＰａ以上）の特性を満足する
材料は実際的な例がなく、高集積化、高性能化が進むＩ
Ｃ技術においては、これらのクラスＩＩＩ_H及びクラス
ＩＩＩ_HHの特性を有する安価で信頼性の高いリードフレ
ーム材の開発が強く望まれている。また、板材を導体材
とするピッター型強磁界マグネットの開発では、発生す
る強い電磁力に抗することのできるだけの高強度と、発
熱を防ぐことのできる高導電率を有する導体材が必要と
されている。強磁界マグネット用導体材としては、これ
までにもＣｕ−Ｂｅ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ａｌ
₂Ｏ₃合金等が知られているが、Ｃｕ−Ｂｅ合金は導電
率が低く、Ｃｕ−Ｃｒ合金やＣｕ−Ａｌ₂Ｏ₃合金では
強度が低く、いずれの合金も強度及び導電率のバランス
が悪い。たとえば、最も強度及び導電率のバランスがと
れた導体材として評価されている、米国で開発されたＣ
ｕ−Ｂｅ合金は強度８００ＭＰａ、導電率６３％ＩＡＣ
Ｓの特性を有している。しかしながら、より高い磁界を
発生するマグネットの開発にはこれらの特性値よりもさ
らに優れた高強度・高導電率材料の開発が必要とされて
いるのが実情である。そこでこのような状況に鑑みて、
この発明の発明者は、新しい高強度・高導電率合金材と
してＣｕ−Ａｇ合金を開発し、これを実用に供するもの
として検討を進めている。しかしながら、このＣｕ−Ａ
ｇ合金材については、その加工面において板材とするに
は強度が充分に得られないのではないかという問題があ
り、発明者にとっての大きな課題となっていた。この発
明は、以上の通りの事情からなされたものであって、従
来にない優れた特性を有するＣｕ−Ａｇ合金板材を、高
強度性を損うことなく、高導電率の板材として提供する
ことを目的としている。

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、Ａｇ：６〜２４ｗｔ％を含有
し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成で、Ｃ
ｕ固溶体及びＡｇ固溶体が熱処理され、冷間加工により
繊維状に引き延ばされた板材組織を有する板材であっ
て、１回以上の、冷間加工と３００〜５５０℃の温度で
０．５〜４０時間の熱処理とが行われ、かつ、冷間加工
の少なくとも１回は加工度８０％以上で行われており、
加工方向の引張強度よりも直角方向の引張強度が大きい
ことを特徴とする高強度・高導電率銅合金板材を提供す
る。

【作用】すなわち、この発明の合金板材においては、６
〜２４ｗｔ％ＡｇをＣｕに含有することを特徴としてい
るが、６〜２４ｗｔ％のＡｇをＣｕに添加することによ
り合金材はＣｕ固溶体及びＡｇ固溶体の二相からなる組
織を示し、圧延加工を行うことで、それら二相は引き伸
ばされてフィラメント状になり、Ｃｕ−Ａｇ合金材の強
度は著しく上昇する。しかも、この発明では、加工方向
の引張強度よりも直角方向の引張強度が大きい銅合金板
材が提供されることになる。Ｃｕ固溶体及びＡｇ固溶体
中には、それぞれＡｇ及びＣｕが過飽和に固溶されてお
り、それらを熱処理により析出させることができれば、
Ｃｕ−Ａｇ合金の強度並びに導電率はより一層上昇す
る。しかし、これまで一般に、Ｃｕ−Ａｇ合金の熱処理
による析出硬化はあまり期待できないと考えられてい
た。実際に、上記組成のＣｕ−Ａｇ合金を熱処理しても
その硬度はあまり上昇しない。しかしながら、この発明
では、加工と熱処理の組合せにより析出が促進されて著
しくＣｕ−Ａｇ合金の硬度が上昇するとの新しい知見に
基づいて高強度で、かつ高導電率の、加工方向よりも直
角方向の引張強度の大きいＣｕ−Ａｇ合金板材を提供す
ることを可能とした。この場合の加工と熱処理の組合せ
とは、加工−熱処理−加工−熱処理−加工のように、加
工と熱処理を１回以上適宜に繰り返すことを意味してい
る。Ｃｕ−Ａｇ合金はどの程度の加工度で、何度の温度
で、何時間、そして何回、熱処理するかによって、その
強度及び導電率特性が変化する。そして、Ｃｕ−Ａｇ合
金は圧延加工することで繊維複合板材になるが、一般に
各種金属、合金材における繊維複合材は、圧延加工方向
の強度に対して直角方向の強度は著しく低いことから、
このＣｕ−Ａｇ合金も板材として利用することは難しい
と考えられていた。しかしながら、この発明のＣｕ−Ａ
ｇ合金板材の場合には、このような従来の常識に反して
圧延方向に対して強度及び導電率の異方性が小さく、加
工方向よりも直角方向の引張強度が大きく、かつ、従来
に例のない優れた高強度・高導電率を有している。合金
板材としては、この発明では６〜２４ｗｔ％Ａｇを、Ｃ
ｕとともに含有させた組成を有しているが、６ｗｔ％以
上のＡｇの添加により、初晶（Ｃｕ固溶体）及び共晶
（Ｃｕ固溶体とＡｇ固溶体からなる相）が均一に晶出
し、冷間加工することで繊維状に組織が引き延ばされ
る。これによって、この発明の合金板材では高い強度が
得られる。６ｗｔ％未満のＡｇ添加量では所定の特性は
充分に得られず、また、２４ｗｔ％以上のＡｇ添加は、
Ｃｕ−Ａｇ合金の強度向上に顕著な効果はなく、一般的
な使用を考えた場合、経済的ではない。そして、この発
明の合金板材においては、Ｃｕ固溶体並びにＡｇ固溶体
からなり、それぞれの固溶体中には過飽和なＡｇ並びに
Ｃｕ粒子を含んでおり、熱処理を施すことにより合金の
強度及び導電率が著しく上昇する。特に冷間加工過程で
中間熱処理を数回施すことが強度及び導電率の向上に効
果的である。この場合の熱処理としては、一般的には３
００〜６００℃程度、より好ましくは３００〜５５０℃
程度の温度において行うこととする。冷間加工は、圧延
等の手段によって適宜に実施される。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明の合金板材について説明す
る。

【実施例】Ｃｕに６〜２４ｗｔ％のＡｇを添加し、真空
または不活性ガス雰囲気中で溶解、鋳造した後、冷間圧
延加工を行った。加工度１０％において、４５０℃、２
ｈの熱処理を施した後、引き続き冷間圧延を行い、加工
度３５％で、４５０℃、１ｈさらに、加工度６０％で、
４００℃、１ｈの中間熱処理を施した後、最終９６％ま
での冷間圧延加工を行った。この場合の加工度はＨ₀−
Ｈ／Ｈ₀×１００（Ｈ₀：鋳造材の厚さ、Ｈ：加工材の
厚さ）で表わしている。図１は、Ｃｕ−６〜２４ｗｔ％
Ａｇ合金板材の強度と加工度の関係を示したものであ
る。加工度８０％では、６ｗｔ％Ａｇで６５０ＭＰａ、
８ｗｔ％Ａｇで、７００ＭＰａ、１２ｗｔ％Ａｇで、７
２５ＭＰａ、２４ｗｔ％Ａｇでは７６０ＭＰａの引張強
さとなる。加工度９６％では、それぞれ、９１２ＭＰ
ａ、９４７ＭＰａ、９８９ＭＰａ、１０５０ＭＰａの引
張強さが得られる。また、導電率はいずれの組成のＣｕ
−Ａｇ合金板材も、強度に対して一様の関係を有してい
る。図２は、この強度と導電率の関係を示したものであ
る。引張強さ５２０ＭＰａでは、導電率９０％ＩＡＣＳ
が得られる。８００ＭＰａでは８０％ＩＡＣＳ、そして
１０５０ＭＰａでは、７５％ＩＡＣＳの導電率となる。
そして、Ｃｕ−Ａｇ合金は圧延加工により、圧延方向に
組織が引き延ばされた、繊維複合材の組織を形成する
が、前述の通り、一般にこのような繊維複合組織材料の
強度は加工方向に対して直角方向で著しく低下すると考
えられている。しかしこの発明のＣｕ−Ａｇ合金板材で
は、図３に示すように、逆に圧延方向に対し直角方向の
強度がより高いという全く予想外の優れた特性が得られ
た。このことは、この発明の合金板材の大きな特徴であ
る。直角方向の強度と圧延方向の強度の差は９６％の加
工度で１００ＭＰａ程度である。また図４に示すよう
に、方向による強度の差は、低加工度では小さくなる。
なお、導電率の異方性については顕著な差異は認められ
なかった。図５は、参考としてのＣｕ−Ｎｂ合金の板材
及び線材の強度と導電率の関係を示したものである。Ｃ
ｕ−Ｎｂ合金はＣｕ−Ａｇ合金と同様な加工組織を持つ
繊維強化複合材である。Ｃｕ−Ｎｂ合金の板材と線材の
強度及び導電率を比較すると板材では導電率の低下が大
きい。一方、この発明のＣｕ−Ａｇ合金板材では図２に
示したように強度と導電率の関係は、線材と同様の傾向
を示し、これまでの技術常識とは異なる結果が得られて
いる。このことは、この発明の板材の実用的有意性を明
示していると言える。

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、高強度・高導電率特性を充分満足し、従来の常識
に反して加工方向よりも直角方向の引張強度の大きな合
金板材が提供される。このＣｕ−Ａｇ合金板材は容易に
溶解、圧延加工によって製造され、加工途中で熱処理を
行う、簡単な作業手順で高強度・高導電率が実現でき、
また６ｗｔ％と少ないＡｇ濃度でも優れた特性を有する
ことから、経済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｕ−６〜２４ｗｔ％Ａｇ合金板材の加工度の
変化に対する最大引張強さを示した相関図である。

【図２】Ｃｕ−Ａｇ合金板材及び線材の最大引張強さと
導電率の関係を示した相関図である。

【図３】加工度９５％でのＣｕ−６〜２４ｗｔ％Ａｇ合
金板材の強度の異方性を示した相関図である。

【図４】Ｃｕ−１２ｗｔ％合金板材の加工度の変化によ
る強度の異方性を示した相関図である。

【図５】参考例としてのＣｕ−Ｎｂ合金の板材及び線材
の最大引張強さと導電率の関係を示した相関図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−120227（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｇ：６〜２４ｗｔ％を含有し、残りが
Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成で、Ｃｕ固溶体及
びＡｇ固溶体が熱処理され、冷間加工により繊維状に引
き延ばされた板材組織を有する板材であって、１回以上
の、冷間加工と３００〜５５０℃の温度で０．５〜４０
時間の熱処理とが行われ、かつ、冷間加工の少なくとも
１回は加工度８０％以上で行われており、加工方向の引
張強度よりも直角方向の引張強度が大きいことを特徴と
する高強度・高導電率銅合金板材。